(57)【要約】  半径方向に大型化するのを抑制しながら、より大きなトルクを発生することが可能なカップリング装置を提供する。このカップリング装置（１）は、磁石回転体（３０）とヨーク側部材（４０）とを備え、ヨーク側部材の導体部（４２）は、少なくとも磁石（３１）と対向する側（４１ｂ）に複数の第１導体部（４２ａ）を有し、ヨーク側部材のヨーク（４１）は、磁石と対向する側で、かつ、複数の第１導体部間の間隙に少なくとも配置されている。
2011145509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる磁極が交互に円周方向に並ぶように配置された磁石（３１）を含む円筒状の磁石回転体（３０）と、
非磁性体からなる導体部（４２）とヨーク（４１）とを含み、前記磁石回転体の内側または外側に前記磁石回転体に対して非接触の状態で相対的に回転可能に配置された円筒状のヨーク側部材（４０）とを備え、
前記ヨーク側部材の導体部は、少なくとも前記磁石と対向する側（４１ｂ）において、円周方向に所定の間隔を隔てた状態で回転軸線方向に延びるように配置される複数の第１導体部（４２ａ）を有し、
前記ヨーク側部材のヨークは、前記磁石と対向する側で、かつ、前記複数の第１導体部間の間隙に少なくとも配置されている、カップリング装置（１、２０１）。
【請求項２】
前記複数の第１導体部は、円周方向に略等間隔で配置された状態で、回転軸線方向に延びるように形成されている、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項３】
前記第１導体部の各々の円周方向の長さは、前記第１導体部間の間隙に配置される前記ヨークの円周方向の長さ以上である、請求項２に記載のカップリング装置。
【請求項４】
前記第１導体部の各々の円周方向の長さは、前記第１導体部間の間隙に配置される前記ヨークの円周方向の長さの２倍以下である、請求項２に記載のカップリング装置。
【請求項５】
前記第１導体部の半径方向の厚みは、前記磁石の半径方向の厚み以上である、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項６】
前記ヨーク側部材の導体部は、前記複数の第１導体部の回転軸線方向における端部に配置され、前記複数の第１導体部を接続する円環状の第２導体部（４２ｂ）をさらに有する、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項７】
前記第２導体部は、前記複数の第１導体部の回転軸線方向における両端部にそれぞれ配置されている、請求項６に記載のカップリング装置。
【請求項８】
前記第２導体部は、前記複数の第１導体部と一体的に形成されている、請求項６に記載のカップリング装置。
【請求項９】
前記ヨークの前記磁石と対向する面近傍には、複数の溝部（４１ｃ）または複数の孔部が回転軸線方向に延びるように形成され、
前記複数の溝部または前記複数の孔部の各々には、前記複数の第１導体部の各々が配置されている、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項１０】
前記磁石回転体と略同じ回転軸線周りに略同じ回転速度で回転可能なように前記磁石回転体と前記ヨーク側部材との間に配置され、前記磁石回転体に対する相対的な位置を変化させることにより、前記磁石回転体の磁石から発せられる磁束の前記ヨーク側部材への伝達量を切り替えることが可能な切替部（２６０）をさらに備える、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項１１】
前記切替部は、前記磁石回転体の磁石から発せられる前記磁束を前記ヨーク側部材へ伝達することが可能な強磁性体からなる伝達部（２６０ａ）と、前記磁石回転体の磁石から発せられる前記磁束を減衰させる減衰部（２６０ｂ）とを含む、請求項１０に記載のカップリング装置。
【請求項１２】
前記切替部は、円筒状に形成されており、
前記伝達部と前記減衰部とは、円周方向に交互に配置されている、請求項１１に記載のカップリング装置。
【請求項１３】
前記伝達部および前記減衰部は、共に、前記磁石回転体の磁極と同じ数だけ形成されている、請求項１２に記載のカップリング装置。
【請求項１４】
前記磁石回転体から発せられる磁束が伝達される状態において、前記伝達部は前記磁石回転体の磁極に対向する位置に配置されるとともに、前記減衰部は前記磁石回転体の磁極同士の境界に対向する位置に配置されるように構成されており、
前記磁石回転体から発せられる磁束が伝達されにくい状態において、前記伝達部は、前記磁石回転体の磁極同士の境界に対向する位置に配置されるとともに、前記減衰部は、前記磁石回転体の磁極に対向する位置に配置されるように構成されている、請求項１１に記載のカップリング装置。
【請求項１５】
前記導体部は、主にＡｌからなり、前記ヨークは、Ｓｉを含むＦｅ合金からなる、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項１６】
前記導体部は、主にＣｕからなり、前記ヨークは、Ｓｉを含むＦｅ合金からなる、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項１７】
前記複数の第１導体部は、各々、回転軸線方向に対して所定の角度傾斜している、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項１８】
前記ヨークの前記磁石と対向する面近傍には、複数の溝部（４１ｃ）または複数の孔部が回転軸線方向に所定の角度傾斜した状態で延びるように形成され、
回転軸線方向に所定の角度傾斜した状態で延びる前記複数の溝部または前記複数の孔部の各々に前記複数の第１導体部の各々が配置されることによって、前記複数の第１導体部は、各々、回転軸線方向に対して所定の角度傾斜している、請求項１７に記載のカップリング装置。
【請求項１９】
前記磁石回転体および前記ヨーク側部材の少なくともいずれか一方は、前記磁石回転体の磁石と前記ヨーク側部材とが対向する面積を変化可能に構成されている、請求項１に記載のカップリング装置。
【請求項２０】
前記磁石回転体および前記ヨーク側部材のいずれか一方が、前記磁石回転体および前記ヨーク側部材のいずれか他方に対して回転軸線方向に移動することによって、前記磁石回転体の磁石と前記ヨーク側部材とが対向する面積が変化するように構成されている、請求項１９に記載のカップリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カップリング装置に関し、特に、磁石回転体と磁石回転体にカップリングするヨーク側部材とを備えるカップリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁石回転体と磁石回転体にカップリングするヨーク側部材とを備えるカップリング装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。【０００３】
上記特許文献１には、異なる磁極が交互に円周方向に並ぶように配置された複数の永久磁石を含む円盤状（ディスク状）の駆動部材（磁石回転体）と、駆動部材の永久磁石と対向するように配置された円盤状の被駆動部材（ヨーク側部材）とを備える発進装置（カップリング装置）が開示されている。この特許文献１に記載された発進装置の被駆動部材は、永久磁石と対向する位置に貫通孔が複数形成された導電材（導体部）と、貫通孔に対応する凸部を有し、導電材の駆動部材とは反対側に配置されたコア材（ヨーク）とから構成されている。このコア材が導電材の貫通孔を貫通して凸部の端面が永久磁石に近づくことによって、コア材の凸部（貫通孔）を通る磁束が増加する。これにより、導電材に流れる渦電流が増加することによって、被駆動部材にある程度大きなトルクを発生させることが可能になる。ここで、より大きなトルクを被駆動部材に発生させるためには、駆動部材と被駆動部材とが対向する面積を増加させて、発生する渦電流を増加させる必要があると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３５６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された発進装置では、駆動部材および被駆動部材が共に円盤状に形成されているので、駆動部材と被駆動部材とが対向する面積を増加させるためには、円盤状の駆動部材および被駆動部材を共に半径方向に増加させる必要がある。このため、上記特許文献１に開示された発進装置では、より大きなトルクを発生させるためには、円盤状の駆動部材および被駆動部材が半径方向に増加することに起因して発進装置が半径方向に大型化するという問題点がある。【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、半径方向に大型化するのを抑制しながら、より大きなトルクを発生することが可能なカップリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
この発明の一の局面によるカップリング装置は、異なる磁極が交互に円周方向に並ぶように配置された磁石を含む円筒状の磁石回転体と、非磁性体からなる導体部とヨークとを含み、磁石回転体の内側または外側に磁石回転体に対して非接触の状態で相対的に回転可能に配置された円筒状のヨーク側部材とを備え、ヨーク側部材の導体部は、少なくとも磁石と対向する側において、円周方向に所定の間隔を隔てた状態で回転軸線方向に延びるように配置される複数の第１導体部を有し、ヨーク側部材のヨークは、磁石と対向する側で、かつ、複数の第１導体部間の間隙に少なくとも配置されている。
【０００８】
この発明の一の局面によるカップリング装置では、上記のように、磁石を含む円筒状の磁石回転体と、磁石回転体の内側または外側に磁石回転体に対して非接触の状態で相対的に回転可能に配置された円筒状のヨーク側部材とを設けることによって、円筒状のヨーク側部材と円筒状の磁石回転体とを共に回転軸線方向に延びるように形成することにより、磁石回転体とヨーク側部材とが対向する面積を増加させることができる。これにより、磁石回転体とヨーク側部材とが対向する面積を増加させるために磁石回転体およびヨーク側部材を共に半径方向に増加させる必要がないので、より大きなトルクを発生させるためにカップリング装置が半径方向に大型化するのを抑制することができる。また、ヨークを磁石と対向する側で、かつ、複数の第１導体部間の間隙に配置することによって、磁石の対向する側にヨーク全体を覆うように導体部を設ける場合と比べて、ヨークを磁石により近づけることができる。これにより、ヨークに生じる磁束をより増加させることができるので、第１導体部に流れる渦電流をより増加させることができる。したがって、渦電流を利用してヨーク側部材に回転力を伝達する伝達系の場合、ヨーク側部材に発生するトルクをより大きくすることができる。また、渦電流を利用してヨーク側部材に制動力を発生させる制動系の場合、発生するジュール熱（ジュール損）をより増加させることができるので、カップリング装置においてより大きな制動力を発生させることができる。
【０００９】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、複数の第１導体部は、円周方向に略等間隔で配置された状態で、回転軸線方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、複数の第１導体部の各々に発生する渦電流が互いに略均等となった状態で回転軸線方向に沿って流すことができるので、円周方向のみならず回転軸線方向においても、略均等なトルクおよびジュール熱を発生させることができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、第１導体部の各々の円周方向の長さは、第１導体部間の間隙に配置されるヨークの円周方向の長さ以上である。このように構成すれば、第１導体部の円周方向の断面積を増加させることができるので、第１導体部の電気抵抗を減少させることができる。これにより、第１導体部を流れる渦電流を増加させることができるので、トルクおよびジュール熱をより大きくすることができる。
【００１１】
上記複数の第１導体部が円周方向に略等間隔で配置されているカップリング装置において、好ましくは、第１導体部の各々の円周方向の長さは、第１導体部間の間隙に配置されるヨークの円周方向の長さの２倍以下である。ここで、第１導体部の各々の円周方向の長さが、ヨークの円周方向の長さの２倍よりも大きい場合、磁石から発せられる磁束がヨークで飽和することに起因して第１導体部間の間隙を通過する磁束が所定の値以上に増加しない。このため、ヨーク側部材（第１導体部）に発生する渦電流が減少する。一方、上記のように、第１導体部の各々の円周方向の長さをヨークの円周方向の長さの２倍以下にすることによって、磁石から発せられる磁束がヨークで飽和するのを抑制することができるので、第１導体部を流れる渦電流が減少するのを抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、第１導体部の半径方向の厚みは、磁石の半径方向の厚み以上である。このように構成すれば、第１導体部の円周方向の断面積を増加させることができるので、第１導体部の電気抵抗を減少させることができる。これにより、第１導体部を流れる渦電流を増加させることができる。
【００１３】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、ヨーク側部材の導体部は、複数の第１導体部の回転軸線方向における端部に配置され、複数の第１導体部を接続する円環状の第２導体部をさらに有する。このように構成すれば、第２導体部によって、複数の第１導体部同士を電気的に接続することができる。これにより、異なる第１導体部間で渦電流を発生させることができる。また、第２導体部を複数の第１導体部の回転軸線方向における端部に配置することによって、第２導体部が端部に配置されていない場合と比べて、渦電流が流れる回転軸線方向の長さをより大きくすることができる。これにより、より回転軸線方向の広い範囲でヨーク側部材にトルクおよびジュール熱を発生させることができるので、ヨーク側部材のトルクおよびジュール熱をさらに大きくすることができる。
【００１４】
この場合、好ましくは、第２導体部は、複数の第１導体部の回転軸線方向における両端部にそれぞれ配置されている。このように構成すれば、両端部にそれぞれ設けられた第２導体部により複数の第１導体部が接続されるので、異なる第１導体部と両端部の第２導体部との間に渦電流が流れるように構成することができる。これにより、回転軸線方向のさらに広い範囲で、ヨーク側部材にトルクおよびジュール熱を発生させることができる。
【００１５】
上記導体部が第２導体部を有するカップリング装置において、好ましくは、第２導体部は、複数の第１導体部と一体的に形成されている。このように構成すれば、複数の第１導体部と第２導体部との間の接触抵抗を減少させることができるので、導体部により大きな渦電流を発生させることができる。
【００１６】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、ヨークの磁石と対向する面近傍には、複数の溝部または複数の孔部が回転軸線方向に延びるように形成され、複数の溝部または複数の孔部の各々には、複数の第１導体部の各々が配置されている。このように構成すれば、回転軸線方向に延びる複数の溝部または複数の孔部の各々に複数の第１導体部の各々を配置するだけで、容易に、円周方向に所定の間隔を隔てた状態で回転軸線方向に延びる複数の第１導体部を形成することができる。
【００１７】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、磁石回転体と略同じ回転軸線周りに略同じ回転速度で回転可能なように磁石回転体とヨーク側部材との間に配置され、磁石回転体に対する相対的な位置を変化させることにより、磁石回転体の磁石から発せられる磁束のヨーク側部材への伝達量を切り替えることが可能な切替部をさらに備える。このように構成すれば、切替部を用いて磁束のヨーク側部材への伝達量を切り替えることによりヨーク側部材に発生する渦電流の増加量を切り替えることができるので、トルクおよびジュール熱をより正確に制御することができる。
【００１８】
この場合、好ましくは、切替部は、磁石回転体の磁石から発せられる磁束をヨーク側部材へ伝達することが可能な強磁性体からなる伝達部と、磁石回転体の磁石から発せられる磁束を減衰させる減衰部とを含む。このように構成すれば、減衰部を通過する磁束（磁束密度）を伝達部を通過する磁束（磁束密度）よりも減少させることができるので、減衰部と磁石回転体との相対的な位置を変化させることによって、磁束のヨーク側部材への到達量を容易に切り替えることができる。
【００１９】
上記切替部が伝達部と減衰部とを含むカップリング装置において、好ましくは、切替部は、円筒状に形成されており、伝達部と減衰部とは、円周方向に交互に配置されている。このように構成すれば、異なる磁極が交互に円周方向に並んで配置された磁石回転体に対応するように、伝達部と減衰部とを円周方向に交互に配置することができるので、磁束のヨーク側部材への到達量をより容易に切り替えることができる。
【００２０】
上記伝達部と減衰部とが円周方向に交互に配置されているカップリング装置において、好ましくは、伝達部および減衰部は、共に、磁石回転体の磁極と同じ数だけ形成されている。このように構成すれば、磁石回転体の磁極と同じ数だけ形成された伝達部と減衰部とを円周方向に交互に配置することにより、磁石回転体の磁極と切替部の伝達部および減衰部とを一対一で対応させることができる。これにより、磁束が伝達される状態においては、磁石回転体の磁極と切替部の伝達部とが一対一で対応する一方、磁束が伝達されにくい状態においては、磁石回転体の磁極と切替部の減衰部とが一対一で対応するように構成することができるので、磁束のヨーク側部材への到達量を正確に切り替えることができる。
【００２１】
上記切替部が伝達部と減衰部とを含むカップリング装置において、好ましくは、磁石回転体から発せられる磁束が伝達される状態において、伝達部は磁石回転体の磁極に対向する位置に配置されるとともに、減衰部は磁石回転体の磁極同士の境界に対向する位置に配置されるように構成されており、磁石回転体から発せられる磁束が伝達されにくい状態において、伝達部は、磁石回転体の磁極同士の境界に対向する位置に配置されるとともに、減衰部は、磁石回転体の磁極に対向する位置に配置されるように構成されている。このように構成すれば、磁束が伝達される状態においては、磁石回転体の磁極に対向する位置に伝達部を配置することによって、磁石回転体からの磁束は伝達部を通過することができる。これにより、磁石回転体からの磁束がヨーク側部材に伝達されるように構成することができる。一方、磁束が伝達されにくい状態においては、磁石回転体の磁極に対向する位置に減衰部を配置することによって、磁石回転体からの磁束は減衰部によって切替部を通過するのが抑制される。これにより、磁石回転体からの磁束がヨーク側部材に伝達されにくくすることができる。
【００２２】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、導体部は、主にＡｌからなり、ヨークは、Ｓｉを含むＦｅ合金からなる。このように構成すれば、非磁性体のＡｌと、強磁性体で透磁率の高いＳｉを含むＦｅ合金とを用いることによって、第１導体部を流れる渦電流をさらに増加させることができる。また、Ａｌは、同じ非磁性体であるＣｕよりも融点が低いので、導体部を鋳造などにより形成する場合に、より容易に、導体部を形成することができる。
【００２３】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、導体部は、主にＣｕからなり、ヨークは、Ｓｉを含むＦｅ合金からなる。このように構成すれば、非磁性体のＣｕと、強磁性体で透磁率の高いＳｉを含むＦｅ合金とを用いることによって、第１導体部を流れる渦電流をさらに増加させることができる。また、Ｃｕは、同じ非磁性体であるＡｌよりも電気抵抗が小さいので、第１導体部に流れる渦電流をさらに増加させることができる。
【００２４】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、複数の第１導体部は、各々、回転軸線方向に対して所定の角度傾斜している。このように構成すれば、第１導体部が回転軸線方向に対して平行に延びる場合と比べて、複数の第１導体部の各々に発生する渦電流を略均等にすることができる。これにより、複数の第１導体部の各々に発生するトルクおよびジュール熱を略均等にすることができるので、導体部において局所的にトルクおよびジュール熱が増加するのを抑制することができる。
【００２５】
この場合、好ましくは、ヨークの磁石と対向する面近傍には、複数の溝部または複数の孔部が回転軸線方向に所定の角度傾斜した状態で延びるように形成され、回転軸線方向に所定の角度傾斜した状態で延びる複数の溝部または複数の孔部の各々に複数の第１導体部の各々が配置されることによって、複数の第１導体部は、各々、回転軸線方向に対して所定の角度傾斜している。このように構成すれば、回転軸線方向に所定の角度傾斜した状態で延びる複数の溝部または複数の孔部の各々に複数の第１導体部の各々を配置するだけで、容易に、回転軸線方向に所定の角度傾斜した状態で延びる複数の第１導体部を形成することができる。
【００２６】
上記一の局面によるカップリング装置において、好ましくは、磁石回転体およびヨーク側部材の少なくともいずれか一方は、磁石回転体の磁石とヨーク側部材とが対向する面積を変化可能に構成されている。このように構成すれば、第１導体部に流れる渦電流の増減を変化させることができるので、渦電流の大きさを制御することによって、カップリング装置におけるトルクおよびジュール熱をより正確に制御することができる。
【００２７】
この場合、好ましくは、磁石回転体およびヨーク側部材のいずれか一方が、磁石回転体およびヨーク側部材のいずれか他方に対して回転軸線方向に移動することによって、磁石回転体の磁石とヨーク側部材とが対向する面積が変化するように構成されている。このように構成すれば、容易に磁石回転体の磁石とヨーク側部材とが対向する面積を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態によるカップリング装置を示した断面図である。
【図２】図１に示すカップリング装置をＸ２側から見た平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるカップリング装置の負荷側回転体を示した斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態による負荷側回転部の製造工程におけるヨークが積層された状態を示した断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による負荷側回転部の製造工程における導体部が金型鋳造された状態を示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による負荷側回転部の製造工程における金型を取り外した状態を示した断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による負荷側回転部の製造工程におけるヨークの外周面を切削した状態を示した断面図である。
【図８】本発明の比較例１を示した平面図である。
【図９】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験に用いる測定系を示した概略図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１と比較例１との相対回転数に対するトルクを示した表である。
【図１１】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１と比較例１との相対回転数に対するトルクを示したグラフである。
【図１２】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１と比較例１とのトルクに対するジュール損を示した表である。
【図１３】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１と比較例１とのトルクに対するジュール損を示したグラフである。
【図１４】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１と比較例１との相対回転数に対するジュール損を示した表である。
【図１５】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１と比較例１との相対回転数に対するジュール損を示したグラフである。
【図１６】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例２〜８と比較例２との相対回転数に対するトルクを示した表である。
【図１７】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例２〜８と比較例２との相対回転数に対するトルクを示したグラフである。
【図１８】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例４および９と比較例２との相対回転数に対するトルクを示した表である。
【図１９】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例４および９と比較例２との相対回転数に対するトルクを示したグラフである。
【図２０】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１０および１１と比較例３および４との相対回転数に対するトルクを示した表である。
【図２１】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１０および１１と比較例３および４との相対回転数に対するトルクを示したグラフである。
【図２２】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１０および１１と比較例３および４とのトルクに対するジュール損を示した表である。
【図２３】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１０および１１と比較例３および４とのトルクに対するジュール損を示したグラフである。
【図２４】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１０および１１と比較例３および４との相対回転数に対するジュール損を示した表である。
【図２５】本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験における実施例１０および１１と比較例３および４との相対回転数に対するジュール損を示したグラフである。
【図２６】本発明の第２実施形態によるカップリング装置を示した断面図である。
【図２７】図２６に示すカップリング装置をＸ２側から見た平面図である。
【図２８】図２７に示すスイッチ部材のモータ側回転体に対する相対的な位置を変化させた状態を示した平面図である。
【図２９】本発明の第１実施形態の変形例によるカップリング装置を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態によるカップリング装置１の構造について説明する。
【００３１】
本発明の第１実施形態によるカップリング装置１は、図１に示すように、磁石側部１０と、ヨーク側部２０とからなる。磁石側部１０は、図示しないモータに一方端部側（Ｘ１側）が接続された軸部１０ａと、軸部１０ａの他方端部側（Ｘ２側）に設けられた磁石側回転体３０とを含む。また、ヨーク側部２０は、駆動部などからなる図示しない負荷部に一方端部側（Ｘ２側）が接続された軸部２０ａと、軸部２０ａの他方端部側に設けられたヨーク側部材４０とを含む。つまり、磁石側部１０は、モータ側に接続されているとともに、ヨーク側部２０は、負荷部側に接続されている。また、軸部１０ａと軸部２０ａとは、Ｘ方向に延びる略同一の回転軸線３００を回転中心として回転するように構成されている。なお、磁石側回転体３０は、本発明の「磁石回転体」の一例である。
【００３２】
ここで、磁石側部１０をモータ側ではなく負荷部側に接続するとともに、ヨーク側部２０を負荷部側ではなくモータ側に接続してもよい。なお、これ以降の説明においては、磁石側部１０をモータ側に接続するとともに、ヨーク側部２０を負荷部側に接続した例について説明する。
【００３３】
また、磁石側回転体３０は、ＳＳ４００などの一般的な炭素鋼などの強磁性体からなり、Ｘ２側の部分が凹状の円筒状に形成されている。また、磁石側回転体３０は、軸部１０ａが挿入される軸孔部３０ａを有する。この軸孔部３０ａに軸部１０ａが挿入されることによって、軸部１０ａの回転に伴い磁石側回転体３０も回転軸線３００を回転中心として回転するように構成されている。なお、磁石側回転体３０の凹状の内周面３０ｂにおける内径Ｌ１は、約９０ｍｍであり、磁石側回転体３０の外径Ｌ２は、約１０２ｍｍである。
【００３４】
また、図２に示すように、磁石側回転体３０には、１２個の磁石３１が凹状の内周面３０ｂの円周方向に沿って異なる磁極が交互に並ぶように配置されている。この１２個の磁石３１は、図１に示すように、回転軸線３００に対して平行に延びるように配置されている。
【００３５】
具体的には、図２に示すように、１２個の磁石３１は、Ｎ極が回転軸線３００（図１参照）側に配置された磁石３１ａと、Ｓ極が回転軸線３００側に配置された磁石３１ｂとから構成されている。そして、磁石３１ａと磁石３１ｂとが、交互に略等角度（約３０度）間隔で磁石側回転体３０の円筒状の内周面３０ｂに円周方向に沿って並ぶように配置されている。なお、図２においては、回転軸線３００側の磁極のみを図示しているとともに、後述するＸ２側の短絡部４２ｂの図示を省略している。また、図１に示すように、１２個の磁石３１は、約５ｍｍの半径方向の厚みＷ１を有する。また、図２に示すように、磁束は磁石３１ａと、磁石３１ａと隣接する磁石３１ｂとの間を流れるように構成されている。
【００３６】
また、ヨーク側部材４０は、回転軸線３００を回転中心として回転可能なように構成されており、円筒状に形成されている。また、ヨーク側部材４０は、１２個の磁石３１が設けられた磁石側回転体３０の内側に配置されており、磁石側回転体３０に対して所定の間隔を隔てて非接触の状態でカップリングして相対的に回転することが可能なように構成されている。なお、ヨーク側部材４０と磁石側回転体３０との間隔（クリアランス）は、約１ｍｍである。
【００３７】
また、ヨーク側部材４０は、珪素鋼板が積層されることによって形成されたヨーク４１と、主に非磁性体であるＡｌまたはＣｕを含む合金からなる導体部４２とから構成されている。なお、珪素鋼板はＳｉを含むＦｅ合金であり、強磁性体で、かつ、磁束を透過させやすい（透磁率が大きい）性質を有する。また、図１に示すように、ヨーク４１は、約７８ｍｍの外径Ｌ３と、約６０ｍｍのＸ方向の長さＬ４とを有する円筒状に形成されている。また、ヨーク４１は、軸部２０ａが挿入される軸孔部４１ａを有する。この軸孔部４１ａに軸部２０ａが挿入されることによって、軸部２０ａの回転に伴いヨーク４１（ヨーク側部材４０）も回転軸線３００を回転中心として回転するように構成されている。また、ヨーク４１の外周面４１ｂは、磁石側回転体３０の内周面３０ｂに配置された１２個の磁石３１と対向するように配置されている。
【００３８】
また、図２に示すように、ヨーク４１の外周面４１ｂには、４４箇所の溝部４１ｃが、略等角度（約８．２度）で配置されるとともに、回転軸線３００の延びる方向（図１のＸ方向）に延びるように形成されている。すなわち、溝部４１ｃの間の間隙に、溝部４１ｃが形成されていない４４箇所の凸部４１ｄがそれぞれ位置するように構成されている。ここで、凸部４１ｄは平面的に見て扇形形状に形成されており、扇形形状の凸部４１ｄの両外側面の間の角度θ１は約３．７度になるように構成されている。一方、溝部４１ｃの両内側面の間の角度θ２は、約４．５度になるように構成されている。これにより、凸部４１ｄの外周の長さが約０．８０２ｍｍ（７８ｍｍ×３．７度／３６０度）になるとともに、溝部４１ｃが形成されている部分の外周の長さが約０．９７５ｍｍ（７８ｍｍ×４．５度／３６０度）になるように構成されている。すなわち、溝部４１ｃの外周の長さは、凸部４１ｄの外周の長さの約１．２倍になるように構成されている。
【００３９】
また、図３に示すように、４４箇所の溝部４１ｃは、Ｘ方向に延びる回転軸線３００に対して、角度θ３で傾斜（スキュー）するように構成されている。また、４４箇所の溝部４１ｃは、約９ｍｍの半径方向の深さを有する。
【００４０】
ここで、第１実施形態では、図１に示すように、導体部４２は、ヨーク４１の４４箇所の溝部４１ｃの各々に配置される４４個の軸方向導体部４２ａ（図２参照）と、ヨーク４１および軸方向導体部４２ａのＸ方向の両端部にそれぞれ形成される一対の短絡部４２ｂとから構成されている。この軸方向導体部４２ａは、回転軸線３００の延びる方向（Ｘ方向）に延びるように形成されている。なお、軸方向導体部４２ａは、本発明の「第１導体部」の一例であり、短絡部４２ｂは、本発明の「第２導体部」の一例である。
【００４１】
また、軸方向導体部４２ａは、図２に示すように、各々、ヨーク４１の外周面４１ｂ近傍から、溝部４１ｃの回転軸線３００側の底部にまで配置されている。これにより、導体部４２は、半径方向に約９．０ｍｍの厚みＷ２（図１参照）を有する。したがって、導体部４２の半径方向の厚みＷ２（約９．０ｍｍ）が磁石３１の半径方向の厚みＷ１（約５．０ｍｍ）の約１．８倍になるように構成されている。また、上記のように軸方向導体部４２ａが配置される溝部４１ｃの外周の長さ（約０．９７５ｍｍ）が、ヨーク４１の凸部４１ｄの外周の長さ（約０．８０２ｍｍ）の約１．２倍になるように構成されているため、軸方向導体部４２ａの外周の長さは、ヨーク４１の凸部４１ｄの外周の長さの約１．２倍になるように構成されている。
【００４２】
また、図３に示すように、４４箇所の溝部４１ｃがＸ方向に延びる回転軸線３００に対して角度θ３で傾斜するように構成されていることによって、４４個の軸方向導体部４２ａも同様に、Ｘ方向に延びる回転軸線３００に対して角度θ３で傾斜するように構成されている。また、４４箇所の溝部４１ｃに配置される４４個の軸方向導体部４２ａ間には、ヨーク４１の凸部４１ｄが配置されている。
【００４３】
また、一対の短絡部４２ｂは、それぞれ、４４個の軸方向導体部４２ａのＸ１側の端部とＸ２側の端部とに配置されている。すなわち、一対の短絡部４２ｂは、４４個の軸方向導体部４２ａとヨーク４１とをＸ方向の両側から挟み込むように配置されている。また、一対の短絡部４２ｂは円環状に形成されており、４４個の軸方向導体部４２ａを円周方向において接続するように構成されている。さらに、４４個の軸方向導体部４２ａと一対の短絡部４２ｂとは、一体的に形成されている。なお、一対の短絡部４２ｂの半径方向の厚みＬ５（図１参照）は、約１０ｍｍである。
【００４４】
また、カップリング装置１では、磁石側回転体３０が回転した際、ヨーク４１の凸部４１ｄにおいて磁石３１からの磁束が変化するように構成されている。そして、この磁束の変化に基づいて、４４個の軸方向導体部４２ａおよび一対の短絡部４２ｂとに渦電流が発生するように構成されている。この渦電流によって、磁石側回転体３０の回転方向と同じ回転方向に働く力が４４個の軸方向導体部４２ａの各々に加えられて、ヨーク側部材４０は、磁石側回転体３０に対して非接触の状態で磁石側回転体３０と同じ回転方向に相対的に回転されるように構成されている。この際、磁石側回転体３０の回転数とヨーク側部材４０の回転数とに回転数差（相対回転数）が生じることによって、磁石側回転体３０から供給されるエネルギーとヨーク側部材４０に伝えられるエネルギーとに差が生じる。この差に対応するエネルギーが力および熱に変換されることによって、ヨーク側部材４０にトルクおよびジュール熱が発生する。
【００４５】
一方、渦電流によって、磁石側回転体３０の回転方向と同じ回転方向に働く力が４４個の軸方向導体部４２ａの各々に加えられた際に、ヨーク側部材４０が、磁石側回転体３０に対して回転しない場合がある。この場合には、ヨーク側部材４０にジュール熱が発生するように構成されている。
【００４６】
なお、渦電流は、２つの軸方向導体部４２ａと一対の短絡部４２ｂとによって構成されるループ状の経路を流れるように構成されている。
【００４７】
次に、図３〜図７を参照して、本発明の第１実施形態によるヨーク側部材４０の製造方法について説明する。
【００４８】
まず、約０．５ｍｍの板厚の円盤状の珪素鋼板（図示せず）を準備する。なお、円盤状の珪素鋼板には、中心に軸孔部４１ａに対応する中央穴が形成されているとともに、外周近傍に４４箇所の溝部４１ｃに対応する外側穴が４４箇所形成されている。そして、円盤状の珪素鋼板を約１２０枚積層することによって、図４に示すように、軸孔部４１ａを有し、回転軸線３００の延びる方向（Ｘ方向）に延びる円筒状のヨーク４１を形成する。この際、約１２０枚の珪素鋼板の外側穴から構成される４４箇所の穴部４１ｅがＸ方向に延びる回転軸線３００に対して角度θ３（図３参照）で傾斜するように、珪素鋼板を積層する。
【００４９】
その後、ヨーク４１のＸ１側およびＸ２側に、それぞれ、金型５０および５１を配置する。この金型５０には、Ｘ１側の短絡部４２ｂが形成される合わせ面５０ａが形成されているとともに、金型５１には、Ｘ２側の短絡部４２ｂが形成される合わせ面５１ａが形成されている。さらに、金型５０には、合わせ面５０ａおよび５１ａとヨーク４１の穴部４１ｅとにＡｌまたはＣｕを含む合金を流し込むための注入穴５０ｂが形成されている。
【００５０】
そして、図５に示すように、合わせ面５０ａおよび５１ａとヨーク４１の穴部４１ｅとに、注入穴５０ｂを介して、約７００℃以上約８００℃以下に熱せられたＡｌまたはＣｕを含む合金を流し込む。これにより、ＡｌまたはＣｕを含む合金からなる導体部４２が鋳造される。この際、４４箇所の穴部４１ｅにおいて、導体部４２の４４個の軸方向導体部４２ａの各々が形成されるとともに、合わせ面５０ａおよび５１ａにおいて、導体部４２の一対の短絡部４２ｂの各々が形成される。これにより、４４個の軸方向導体部４２ａと一対の短絡部４２ｂとが一体的に形成される。
【００５１】
その後、図６に示すように、ヨーク４１のＸ１側およびＸ２側に配置されていた金型５０および５１を取り外す。そして、ヨーク４１の外周面４１ｂを所定の量だけ切削することによって、４４箇所の穴部４１ｅの側面の一部を削る。これにより、図７に示すように、軸方向導体部４２ａが個々に配置された４４箇所の溝部４１ｃが形成される。このようにして、ヨーク側部材４０が形成される。
【００５２】
第１実施形態では、上記のように、１２個の磁石３１を含む円筒状の磁石側回転体３０と、磁石側回転体３０の凹状の内周面３０ｂに覆われるように磁石側回転体３０の内側に配置され、磁石側回転体３０に対して非接触の状態で相対的に回転することが可能に構成された円筒状のヨーク側部材４０とを設ける。さらに、磁石側回転体３０とヨーク側部材４０とを共に回転軸線３００の延びる方向に延びるように構成するとともに、略同一の回転軸線３００上で回転するように構成することによって、磁石側回転体３０とヨーク側部材４０とが対向する面積を増加させることができる。これにより、磁石側回転体３０とヨーク側部材４０とが対向する面積を増加させるために磁石側回転体３０およびヨーク側部材４０を共に半径方向に増加させる必要がないので、より大きなトルクを発生させるためにカップリング装置１が半径方向に大型化するのを抑制することができる。
【００５３】
また、第１実施形態では、上記のように、ヨーク４１の外周面４１ｂ側に位置する凸部４１ｄを、１２個の磁石３１と対向する側で、かつ、４４個の軸方向導体部４２ａ（溝部４１ｃ）間に配置することによって、ヨーク４１の外周面４１ｂ側にヨーク４１全体を覆うように導体部を設ける場合と比べて、ヨーク４１を１２個の磁石３１により近づけることができる。これにより、ヨーク４１に生じる磁束をより増加させることができるので、軸方向導体部４２ａに流れる渦電流をより増加させることができる。したがって、渦電流を利用してヨーク側部材４０に回転力を伝達する伝達系の場合、ヨーク側部材４０に発生するトルクをより大きくすることができる。また、渦電流を利用してヨーク側部材４０に制動力を発生させる制動系の場合、発生するジュール熱（ジュール損）をより増加させることができるので、カップリング装置１においてより大きな制動力を発生させることができる。
【００５４】
また、第１実施形態では、上記のように、４４個の軸方向導体部４２ａを、円周方向に略等角度（約８．２度）で配置された状態で、回転軸線３００の延びる方向に延びるように形成することによって、４４個の軸方向導体部４２ａの各々に発生する渦電流が互いに略均等となった状態で回転軸線３００の延びる方向に沿って流すことができるので、円周方向のみならず回転軸線３００の延びる方向においても、略均等なトルクおよびジュール熱を発生させることができる。
【００５５】
また、第１実施形態では、上記のように、軸方向導体部４２ａの外周の長さ（約０．９７５ｍｍ）をヨーク４１の凸部４１ｄの外周の長さ（約０．８０２ｍｍ）の約１．２倍になるように構成することによって、軸方向導体部４２ａの外周の長さをヨーク４１の凸部４１ｄの外周の長さよりも小さくする場合と比べて、軸方向導体部４２ａの円周方向の断面積を増加させることができるので、軸方向導体部４２ａの電気抵抗を減少させることができる。これにより、軸方向導体部４２ａを流れる渦電流を増加させることができるので、トルクおよびジュール熱をより大きくすることができる。
【００５６】
また、第１実施形態では、上記のように、軸方向導体部４２ａの外周の長さをヨーク４１の凸部４１ｄの外周の長さの約１．２倍になるように構成することによって、軸方向導体部４２ａの外周の長さをヨーク４１の凸部４１ｄの外周の長さの２倍よりも大きくする場合と比べて、１２個の磁石３１から発せられる磁束がヨーク４１の凸部４１ｄで飽和するのを抑制することができるので、軸方向導体部４２ａを流れる渦電流が減少するのを抑制することができる。
【００５７】
また、第１実施形態では、上記のように、軸方向導体部４２ａの半径方向の厚みＷ２（約９．０ｍｍ）を磁石３１の半径方向の厚みＷ１（約５．０ｍｍ）の約１．８倍にすることによって、軸方向導体部４２ａの円周方向の断面積を増加させることができるので、軸方向導体部４２ａの電気抵抗を減少させることができる。これにより、軸方向導体部４２ａを流れる渦電流を増加させることができる。
【００５８】
また、第１実施形態では、上記のように、円環状の一対の短絡部４２ｂを、それぞれ、４４個の軸方向導体部４２ａのＸ１側の端部とＸ２側の端部とに配置することによって、一対の軸方向導体部４２ａと一対の短絡部４２ｂとによって、ループ状の経路を構成することができる。これにより、異なる軸方向導体部４２ａの間で渦電流を発生させることができる。また、一対の短絡部４２ｂを４４個の軸方向導体部４２ａのＸ１側の端部とＸ２側の端部とに配置することによって、一対の短絡部４２ｂがＸ方向の両端部に配置されていない場合と比べて、渦電流が流れる回転軸線３００の延びる方向の長さをより大きくすることができる。これにより、より回転軸線３００の延びる方向の広い範囲でヨーク側部材４０にトルクおよびジュール熱を発生させることができるので、ヨーク側部材４０のトルクおよびジュール熱をさらに大きくすることができる。また、一対の短絡部４２ｂを４４個の軸方向導体部４２ａのＸ１側の端部とＸ２側の端部とに配置することによって、異なる軸方向導体部４２ａと、両端部の短絡部４２ｂとの間に渦電流が流れるように構成することができる。これにより、回転軸線３００の延びる方向のさらに広い範囲で、ヨーク側部材４０にトルクおよびジュール熱を発生させることができる。
【００５９】
また、第１実施形態では、上記のように、４４個の軸方向導体部４２ａと一対の短絡部４２ｂとを一体的に形成すれば、４４個の軸方向導体部４２ａと一対の短絡部４２ｂとの間の接触抵抗を減少させることができるので、導体部４２により大きな渦電流を発生させることができる。
【００６０】
また、第１実施形態では、上記のように、４４箇所の溝部４１ｃをヨーク４１の外周面４１ｂで、かつ、回転軸線３００の延びる方向（Ｘ方向）に延びるように形成するとともに、４４箇所の溝部４１ｃの各々に４４個の軸方向導体部４２ａを配置することによって、回転軸線３００の延びる方向に延びる４４箇所の溝部４１ｃに４４個の軸方向導体部４２ａの各々を配置するだけで、容易に、円周方向に所定の間隔を隔てた状態で回転軸線３００の延びる方向に延びる４４個の軸方向導体部４２ａを形成することができる。
【００６１】
また、第１実施形態では、上記のように、導体部４２が主に非磁性体であるＡｌを含む合金からなるとともに、ヨーク４１が珪素鋼板を積層することによって形成されるように構成することによって、非磁性体のＡｌを含む合金と、強磁性体で透磁率の高いＳｉを含むＦｅ合金とを用いることにより、軸方向導体部４２ａを流れる渦電流をさらに増加させることができる。また、Ａｌは、同じ非磁性体であるＣｕよりも融点が低いので、導体部４２を鋳造などにより形成する場合に、より容易に、導体部４２を形成することができる。
【００６２】
また、第１実施形態では、上記のように、導体部４２が主に非磁性体であるＣｕを含む合金からなるとともに、ヨーク４１が珪素鋼板を積層することによって形成されるように構成することによって、非磁性体のＣｕを含む合金と、強磁性体で透磁率の高いＳｉを含むＦｅ合金とを用いることにより、軸方向導体部４２ａを流れる渦電流をさらに増加させることができる。また、Ｃｕは、同じ非磁性体であるＡｌよりも電気抵抗が小さいので、軸方向導体部４２ａに流れる渦電流をさらに増加させることができる。
【００６３】
また、第１実施形態では、上記のように、４４個の軸方向導体部４２ａをＸ方向に延びる回転軸線３００に対して角度θ３で傾斜させることによって、軸方向導体部４２ａが回転軸線３００の延びる方向に対して平行に延びる場合と比べて、４４個の軸方向導体部４２ａの各々に発生する渦電流を略均等にすることができる。これにより、４４個の軸方向導体部４２ａの各々に発生するトルクおよびジュール熱を略均等にすることができるので、導体部４２において局所的にトルクおよびジュール熱が増加するのを抑制することができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、上記のように、４４箇所の溝部４１ｃをＸ方向に延びる回転軸線３００に対して角度θ３で傾斜するように構成することによって、４４個の軸方向導体部４２ａも同様に、Ｘ方向に延びる回転軸線３００に対して角度θ３で傾斜するように構成すれば、回転軸線３００に対して角度θ３で傾斜した状態で延びる４４箇所の溝部４１ｃの各々に４４個の軸方向導体部４２ａの各々を配置するだけで、容易に、回転軸線３００に対して角度θ３で傾斜した状態で延びる４４個の軸方向導体部４２ａを形成することができる。
【００６５】
[実施例]
次に、図１、図２および図８〜図１５を参照して、上記第１実施形態によるカップリング装置１の効果を確認するために行った相対回転数−トルク測定、トルク−ジュール損測定、および、相対回転数−ジュール損測定の各確認実験について説明する。
【００６６】
以下に説明する相対回転数−トルク測定、トルク−ジュール損測定、および、相対回転数−ジュール損測定では、実施例１として上記第１実施形態のカップリング装置１を用いた。具体的には、実施例１として、図２に示すように、ヨーク側部２０のヨーク側部材４０が、４４個の軸方向導体部４２ａの間にヨーク４１の凸部４１ｄが配置されたカップリング装置１を用いた。この際、導体部４２は、非磁性体のＡｌを含む合金からなる材料を用いた。
【００６７】
一方、実施例１に対する比較例１として、図８に示すカップリング装置１０１を用いた。なお、比較例１では、ヨーク側部１２０のヨーク側部材１４０が、円筒状のヨーク１４１の外周面１４１ｂを覆うように配置された導体部１４２を有するように形成した。すなわち、比較例１（カップリング装置１０１）では、実施例１（カップリング装置１）における軸方向導体部４２ａとヨーク４１の凸部４１ｄとが交互に配置された構造とは異なり、凸部を有さずに導体部１４２のみを有する構造とした。また、この導体部１４２は、半径方向に略均等な２ｍｍの厚みＷ３を有するとともに、非磁性体のＣｕからなる材料を用いた。このＣｕからなる比較例１の導体部１４２は、Ａｌを含む合金からなる実施例１の導体部４２と比べて電気抵抗が小さい。これにより、同じ条件下においては、比較例１の導体部１４２は、実施例１の導体部４２と比べて流れる渦電流が増加する。また、比較例１のカップリング装置１０１のその他の構成は、実施例１のカップリング装置１の構成と同様である。なお、図８においては、回転軸線３００（図１参照）側の磁極のみを図示している。また、磁束は磁石３１ａと、磁石３１ａと隣接する磁石３１ｂとの間を流れるように構成されている。
【００６８】
なお、実施例１（カップリング装置１）および比較例１（カップリング装置１０１）の共通の寸法として、磁石側回転体３０の凹状の内周面３０ｂにおける内径Ｌ１（図１参照）を９０ｍｍとし、磁石側回転体３０の外径Ｌ２（図１参照）を１０２ｍｍとした。また、１２個の磁石３１における半径方向の厚みＷ１（図１参照）を５ｍｍとした。また、ヨーク側部材４０（１４０）と磁石側回転体３０との間隔（クリアランス）を１ｍｍとした。また、ヨーク４１（１４１）のＸ方向の長さＬ４（図１参照）を６０ｍｍとした。
【００６９】
また、実施例１におけるヨーク４１の直径Ｌ３（図１参照）を７８ｍｍの円筒状に形成した一方、比較例１におけるヨーク１４１の直径を７４ｍｍの円筒状に形成した。さらに、実施例１の４４箇所の溝部４１ｃにおける半径方向の深さを９．０ｍｍとし、導体部４２における半径方向の厚みＷ２を９．０ｍｍとした。また、一対の短絡部４２ｂにおける半径方向の厚みＬ５（図１参照）を１０ｍｍとした。
【００７０】
また、相対回転数−トルク測定、トルク−ジュール損測定、および、相対回転数−ジュール損測定の各確認実験においては、図９に示す測定系を用いた。この測定系では、磁石側部１０を負荷部に接続するとともに、ヨーク側部２０をモータに接続した。具体的には、測定系は、第１実施形態におけるカップリング装置１と、カップリング装置１が内部に配置されたハウジング１０２と、軸部１０ａの一方端部（Ｘ１側）に接続された負荷部としてのパウダーブレーキ１０３と、軸部２０ａの一方端部（Ｘ２側）に接続されたモータ１０４と、ヨーク側部材４０とモータ１０４との間の軸部２０ａに配置された測定器１０５とによって構成した。なお、実施例では、上記第１実施形態とは異なり、磁石側部１０を負荷部（パウダーブレーキ１０３）側に接続するとともに、ヨーク側部２０をモータ１０４側に接続して測定系を構成した。
【００７１】
ここで、測定系の詳細について説明する。ハウジング１０２は、円筒状の形状を有するとともに、内部にカップリング装置１が配置されている。また、ハウジング１０２のＸ１側の側部およびＸ２側の側部には、それぞれ、穴部１０２ａおよび１０２ｂが形成されている。この穴部１０２ａおよび１０２ｂは、それぞれ、軸部１０ａおよび２０ａがＸ方向に貫通するために形成されている。また、穴部１０２ａの内部および穴部１０２ｂの内部には、共に、ベアリング１０６が配置されている。さらに、穴部１０２ａおよび１０２ｂの外側（Ｘ１側）にも、ベアリング１０６が配置されている。
【００７２】
軸部１０ａの一方端部（Ｘ１側）に接続されたパウダーブレーキ１０３は、内部に配置されたロータ１０３ａと、ロータ１０３ａと軸部１０ａとの間に配置された図示しない磁性粉体と、図示しない励磁コイルとを含んでいる。このパウダーブレーキ１０３は、励磁コイルに電流を流して磁界を発生させることによって、ロータ１０３ａと軸部１０ａとの間の磁性粉体によりロータ１０３ａと軸部１０ａとが接続されて、軸部１０ａの回転がロータ１０３ａに伝達されるように構成されている。また、パウダーブレーキ１０３は、励磁コイルに流す電流の大きさに応じて、発生する制動力が大きくなるように構成されている。なお、図９に示す測定系のパウダーブレーキ１０３では、後述する測定時に発生するトルクよりも大きなトルクが発生するように、励磁コイルに流す電流が制御されるように構成されている。これにより、パウダーブレーキ１０３によって軸部１０ａが回転されずに固定されるように構成されている。
【００７３】
軸部２０ａの一方端部（Ｘ２側）に接続されたモータ１０４は、軸部２０ａを所定の回転数で回転軸線３００（図１参照）回りに回転させるように構成されている。なお、カップリング装置１におけるエネルギーの損失の原因として、ジュール熱による損失（ジュール損）や、ヨーク４１におけるヒステリシス損などが挙げられる。ここで、カップリング装置１では、ジュール損が他のヒステリシス損などの損失に比べて非常に大きいので、カップリング装置１におけるエネルギーの損失をジュール損による損失と近似することが可能である。
【００７４】
また、ジュール損は、モータ１０４から軸部２０ａに加えられる入力エネルギーと、軸部１０ａから出力される出力エネルギーの差から求められる。ここで、軸部１０ａは固定されているため、モータ１０４に入力エネルギーとして加えられる電力をジュール損と近似することが可能である。
【００７５】
測定器１０５は、軸部２０ａに配置されており、軸部２０ａの回転軸線３００回りの回転数と、軸部２０ａ加えられるトルクとを測定可能に構成されている。ここで、軸部１０ａは固定されているため、測定器１０５において測定された軸部２０ａの回転数が、磁石側回転体３０の回転数とヨーク側部材４０の回転数との回転数差（相対回転数）になるように構成されている。
【００７６】
なお、比較例１においては、図９のカップリング装置１を図８に示すカップリング装置１０１に置き換える点以外は、同様の構成を有する測定系を用いて確認実験を行った。
【００７７】
（相対回転数−トルク測定）
まず、相対回転数−トルク測定について説明する。この相対回転数−トルク測定では、実施例１と比較例１とにおける、磁石側回転体３０の回転数とヨーク側部材４０（１４０）の回転数との回転数差（相対回転数）に対するヨーク側部材４０（１４０）におけるトルクの大きさを、図９に示した測定系を用いて測定した。この際、相対回転数が９０ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）、１８０ｒｐｍ、４５０ｒｐｍおよび９００ｒｐｍの場合におけるそれぞれのトルクを測定した。
【００７８】
図１０および図１１に示した相対回転数−トルク測定の測定結果としては、相対回転数が９０ｒｐｍ、１８０ｒｐｍ、４５０ｒｐｍおよび９００ｒｐｍのいずれの場合においても、実施例１のカップリング装置１は、比較例１のカップリング装置１０１よりもトルクが大きくなった。
【００７９】
具体的には、相対回転数（回転数差）が９０ｒｐｍの場合、実施例１（カップリング装置１）では、トルクは１６．５Ｎ×ｍになり、比較例１（カップリング装置１０１）では、トルクは６．０Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が１８０ｒｐｍの場合、実施例１では、トルクは２９．６Ｎ×ｍになり、比較例１では、トルクは１１．８Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が４５０ｒｐｍの場合、実施例１では、トルクは４８．３Ｎ×ｍになり、比較例１では、トルクは２７．３Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が９００ｒｐｍの場合、実施例１では、トルクは４９．２Ｎ×ｍになり、比較例１では、トルクは４５．２Ｎ×ｍになった。
【００８０】
これにより、実施例１（カップリング装置１）は、比較例１（カップリング装置１０１）よりも、単位回転数差当たりのヨーク側部材４０におけるトルクが大きくなることが判明した。これは、実施例１では、ヨーク４１を１２個の磁石３１により近づけることができ、ヨーク４１に生じる磁束をより増加させることができるので、軸方向導体部４２ａに流れる渦電流をより増加させることができる。この結果、相対回転数に対するヨーク側部材４０におけるトルクが大きくなったと考えられる。また、図１１に示すように、４５０ｒｐｍ以下の低い相対回転数において、実施例１での単位回転数差当たりのトルクの増加量は、比較例１での単位回転数差当たりのトルクの増加量と比べて大きくなった。これにより、実施例１のカップリング装置１は、４５０ｒｐｍ以下の低い相対回転数において大きなトルクを得るためにより有効な構成であると考えられる。
【００８１】
（トルク−ジュール損測定）
次に、トルク−ジュール損測定について説明する。このトルク−ジュール損測定では、実施例１と比較例１とにおける、ヨーク側部材４０（１４０）のトルクに対して発生するジュール熱（ジュール損）を、図９に示した測定系を用いて測定した。
【００８２】
図１２および図１３に示したトルク−ジュール損測定の測定結果としては、実施例１（カップリング装置１）において、トルクが１６．５Ｎ×ｍの場合、ジュール損が１５６．５Ｗになり、トルクが２９．６Ｎ×ｍの場合、ジュール損が５５８．９Ｗになり、トルクが４８．３Ｎ×ｍの場合、ジュール損が２２７３．５Ｗになった。一方、比較例１（カップリング装置１０１）において、トルクが６．０Ｎ×ｍの場合、ジュール損が５６．６Ｗになり、トルクが１１．８Ｎ×ｍの場合、ジュール損が２２２．４Ｗになった。また、トルクが２７．３Ｎ×ｍの場合、ジュール損が１２８７．５Ｗになり、トルクが４５．２Ｎ×ｍの場合、ジュール損が４２６９．４Ｗになった。
【００８３】
これにより、図１３に示すように、実施例１は、比較例１よりもヨーク側部材４０（１４０）におけるトルクに対するジュール損が減少することが判明した。この結果から、実施例１は、比較例１よりも所定のトルクを得る際に失われるエネルギーが小さいので、磁石側回転体３０からの入力エネルギーをトルクに効率的に変換することができることが判明した。これは、実施例１は、軸方向導体部４２ａに流れる渦電流をより増加させることができるので、所定のトルクを発生させるために相対回転数（回転数差）を比較例１よりも大きくする必要がなく、より少ない相対回転数で同じトルクが得られる分、ジュール損を減らせることが可能であることを意味すると考えられる。また、トルクの増加と共に、実施例１のカップリング装置１では、比較例１のカップリング装置１０１よりもジュール損の増加量が小さく抑えられた。これにより、実施例１では、より大きなトルクを得るために有効な構成であると考えられる。
【００８４】
（相対回転数−ジュール損測定）
次に、相対回転数−ジュール損測定について説明する。この相対回転数−ジュール損測定では、実施例１と比較例１とにおける、相対回転数（回転数差）に対する発生するジュール熱（ジュール損）を、図９に示した測定系を用いて測定した。この際、相対回転数が９０ｒｐｍ、１８０ｒｐｍ、４５０ｒｐｍおよび９００ｒｐｍの場合におけるそれぞれのトルクを測定した。
【００８５】
図１４および図１５に示した相対回転数−ジュール損測定の測定結果としては、相対回転数が９０ｒｐｍ、１８０ｒｐｍ、４５０ｒｐｍおよび９００ｒｐｍのいずれの場合においても、実施例１のカップリング装置１は、比較例１のカップリング装置１０１よりも相対回転数に対するジュール損が増加した。
【００８６】
具体的には、相対回転数（回転数差）が９０ｒｐｍの場合、実施例１（カップリング装置１）の装置全体におけるジュール損は１５６．５Ｗになった。一方、比較例１（カップリング装置１０１）の装置全体におけるジュール損は５６．６Ｗになった。また、相対回転数が１８０ｒｐｍの場合、実施例１の装置全体におけるジュール損は５５８．９Ｗになった。一方、比較例１の装置全体におけるジュール損は２２２．４Ｗになった。
【００８７】
また、相対回転数が４５０ｒｐｍの場合、実施例１の装置全体におけるジュール損は２２７３．５Ｗになった。一方、比較例１の装置全体におけるジュール損は１２８７．５Ｗになった。また、相対回転数が９００ｒｐｍの場合、実施例１の装置全体におけるジュール損は４５３５．７Ｗになった。一方、比較例１の装置全体におけるジュール損は４２６９．４Ｗになった。
【００８８】
これにより、実施例１は、比較例１よりも相対回転数（回転数差）に対するジュール損が増加することが判明した。すなわち、実施例１は、ジュール損をより増加させることができるので、比較例１よりもより大きな制動力を発生させることができることが判明した。これは、実施例１のカップリング装置１では、軸方向導体部４２ａに流れる渦電流をより容易に増加させることができるので、渦電流の増加に伴う制動力を容易に得ることが可能であることを意味すると考えられる。
【００８９】
上述した相対回転数−トルク測定、トルク−ジュール損測定および相対回転数−ジュール損測定の結果から、４４個の軸方向導体部４２ａの間にヨーク４１の凸部４１ｄが配置された実施例１は、比較例１と比べて、軸方向導体部４２ａに流れる渦電流をより増加させることができることが確認できた。したがって、渦電流を利用してヨーク側部材４０に回転力を伝達する伝達系の場合、磁石側回転体３０とヨーク側部材４０との回転数の回転数差（相対回転数）に対するヨーク側部材４０のトルクをより大きくすることができるので、実施例１のカップリング装置１においてより力を伝達させることができることが確認できた。また、渦電流を利用してヨーク側部材４０に制動力を発生させる制動系の場合、磁石側回転体３０とヨーク側部材４０との回転数の差に対するジュール熱をより増加させることができるので、実施例１のカップリング装置１においてより大きな制動力を発生させることができることが確認できた。
【００９０】
次に、図１、図２、図８、図９および図１６〜図１９を参照して、上記第１実施形態によるカップリング装置１の軸方向導体部の円周方向の長さとヨークの円周方向の長さとの比率を異ならせた場合の相対回転数−トルク測定と、軸方向導体部の半径方向の厚みと磁石の半径方向の厚みとの比率を異ならせた場合の相対回転数−トルク測定とについて説明する。
【００９１】
以下に説明する軸方向導体部の円周方向の長さとヨークの円周方向の長さとの比率を異ならせた場合の相対回転数−トルク測定と、軸方向導体部の半径方向の厚みと磁石の半径方向の厚みとの比率を異ならせた場合の相対回転数−トルク測定とでは、実施例２〜９として、上記第１実施形態のカップリング装置１（図１および図２参照）と同様の構成を有する一方、第１実施形態のカップリング装置１とは寸法が異なるカップリング装置を用いた。また、比較例２として、上記比較例１のカップリング装置１０１（図８参照）と同様の構成を有する一方、比較例１のカップリング装置１０１とは寸法が異なるカップリング装置を用いた。具体的には、図１に示すように、実施例２〜９および比較例２のカップリング装置は、モータ側回転体の凹状の内側面における内径Ｌ１を７３ｍｍとし、モータ側回転体の外径Ｌ２を８３ｍｍとした。また、ヨーク側部材とモータ側回転体との間隔（クリアランス）を１ｍｍとした。また、ヨークの直径Ｌ３を６３ｍｍとし、Ｘ方向の長さＬ４を３０ｍｍとした。また、実施例２〜９において、溝部の半径方向の深さを６．８ｍｍとし、軸方向導体部の半径方向の厚みＷ２を６．３ｍｍとするとともに、短絡部の半径方向の厚みＬ５を８ｍｍとした。
【００９２】
ここで、実施例２〜８は、軸方向導体部の円周方向の長さとヨークの円周方向の長さとの比率が各々異なる値になるように構成した。具体的には、図１６に示すように、実施例２は、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１：１．４の比率になるように設定した。また、実施例３は、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１：１の比率になるように設定した。また、実施例４は、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１．２：１の比率になるように設定した。なお、実施例４の軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとの比率（１．２：１）は、上記第１実施形態のカップリング装置１における軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとの比率と同じ比率である。
【００９３】
また、実施例５は、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１．４：１の比率になるように設定した。また、実施例６は、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１．８：１の比率になるように設定した。また、実施例７は、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが２．１：１の比率になるように設定した。また、実施例８は、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが３．４：１の比率になるように設定した。
【００９４】
また、実施例４および９では、軸方向導体部の半径方向の厚みと磁石の半径方向の厚みとの比率が各々異なる値になるように構成した。具体的には、実施例４は、軸方向導体部の半径方向の厚みと磁石の半径方向の厚みとが１．７：１の比率になるように設定した。なお、実施例４の軸方向導体部の半径方向の厚みと磁石の半径方向の厚みとの比率（１．７：１）は、上記第１実施形態のカップリング装置１における軸方向導体部の半径方向の厚みと磁石の半径方向の厚みとの比率（１．８：１）に近似した比率である。また、実施例９は、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１：１の比率になるように設定した。
【００９５】
また、相対回転数−トルク測定では、実施例２〜９における、モータ側回転体の回転数とヨーク側部材の回転数との回転数差（相対回転数）に対するヨーク側部材におけるトルクの大きさを、図９に示した測定系を用いて測定した。この際、相対回転数が０ｒｐｍ、５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、５００ｒｐｍおよび１０００ｒｐｍの場合におけるそれぞれのトルクを測定した。
【００９６】
図１６および図１７に示した実施例２〜８および比較例２に関する測定結果としては、相対回転数（回転数差）が５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、５００ｒｐｍおよび１０００ｒｐｍのいずれの場合においても、実施例２〜８のカップリング装置は、比較例２のカップリング装置よりもトルクが大きくなった。
【００９７】
具体的には、相対回転数（回転数差）が０ｒｐｍの場合、実施例２〜８および比較例２のいずれのトルクも、０Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が５０ｒｐｍの場合、トルクは、それぞれ、実施例２では１．２４Ｎ×ｍに、実施例３では１．４４Ｎ×ｍに、実施例４では１．５０Ｎ×ｍに、実施例５では１．５０Ｎ×ｍに、実施例６では１．４５Ｎ×ｍに、実施例７では１．３６Ｎ×ｍに、実施例８では１．０６Ｎ×ｍに、比較例２では０．６２Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が１００ｒｐｍの場合、トルクは、それぞれ、実施例２では２．３６Ｎ×ｍに、実施例３では２．７６Ｎ×ｍに、実施例４では２．８８Ｎ×ｍに、実施例５では２．９０Ｎ×ｍに、実施例６では２．８３Ｎ×ｍに、実施例７では２．６５Ｎ×ｍに、実施例８では２．０４Ｎ×ｍに、比較例２では１．２２Ｎ×ｍになった。
【００９８】
また、相対回転数が５００ｒｐｍの場合、トルクは、それぞれ、実施例２では７．９１Ｎ×ｍに、実施例３では８．９３Ｎ×ｍに、実施例４では９．２７Ｎ×ｍに、実施例５では９．４７Ｎ×ｍに、実施例６では９．４９Ｎ×ｍに、実施例７では９．２６Ｎ×ｍに、実施例８では７．９０Ｎ×ｍに、比較例２では５．４５Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が１０００ｒｐｍの場合、トルクは、それぞれ、実施例２では９．５８Ｎ×ｍに、実施例３では１０．１７Ｎ×ｍに、実施例４では１０．３５Ｎ×ｍに、実施例５では１０．４１Ｎ×ｍに、実施例６では１０．４５Ｎ×ｍに、実施例７では１０．４１Ｎ×ｍに、実施例８では９．７６Ｎ×ｍに、比較例２では９．５５Ｎ×ｍになった。
【００９９】
これにより、実施例２〜８のカップリング装置は、比較例２のカップリング装置よりも、相対回転数（回転数差）に対するヨーク側部材におけるトルクが大きくなることが判明した。また、実施例３〜６のカップリング装置は、実施例２、７および８のカップリング装置よりも、相対回転数（回転数差）に対するヨーク側部材におけるトルクが大きくなることが判明した。これは、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１：１．４の比率になる実施例２では、軸方向導体部の円周方向の断面積が減少することに起因して軸方向導体部の電気抵抗が増加して、軸方向導体部を流れる渦電流が減少したため、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１：１〜１．８：１の比率になる実施例３〜６よりもトルクが小さくなったと考えられる。また、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが２．１：１の比率になる実施例７および３．４：１の比率になる実施例８では、軸方向導体部に対向する磁石から発せられる磁束がヨークの凸部で飽和することに起因して軸方向導体部を流れる渦電流が減少したため、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１：１〜１．８：１の比率になる実施例３〜６よりもトルクが小さくなったと考えられる。
【０１００】
また、図１８および図１９に示した実施例４および９と比較例２とに関する測定結果としては、相対回転数（回転数差）が５０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、５００ｒｐｍおよび１０００ｒｐｍのいずれの場合においても、実施例４および９のカップリング装置は、比較例２のカップリング装置よりもトルクが大きくなった。
【０１０１】
具体的には、相対回転数（回転数差）が０ｒｐｍの場合、実施例４および９と比較例２とのいずれも、０Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が５０ｒｐｍの場合、実施例４は上記のように１．５０Ｎ×ｍになり、実施例９は０．８１Ｎ×ｍになる一方、比較例２は上記のように０．６２Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が１００ｒｐｍの場合、実施例４は上記のように２．８８Ｎ×ｍになり、実施例９は１．６０Ｎ×ｍになる一方、比較例２は上記のように１．２２Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が５００ｒｐｍの場合、実施例４は上記のように９．２７Ｎ×ｍになり、実施例９は６．９４Ｎ×ｍになる一方、比較例２は上記のように５．４５Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が１０００ｒｐｍの場合、実施例４は上記のように１０．３５Ｎ×ｍになり、実施例９は１０．２６Ｎ×ｍになる一方、比較例２は上記のように９．５５Ｎ×ｍになった。
【０１０２】
これにより、実施例４および９のカップリング装置は、比較例２のカップリング装置よりも、相対回転数（回転数差）に対するヨーク側部材におけるトルクが大きくなることが判明した。また、実施例４のカップリング装置は、実施例９のカップリング装置よりも、相対回転数（回転数差）に対するヨーク側部材におけるトルクが大きくなることが判明した。これは、軸方向導体部における円周方向の長さとヨークの凸部の円周方向の長さとが１：１の比率になる実施例９では、軸方向導体部の円周方向の断面積が減少することに起因して軸方向導体部の電気抵抗が増加して、軸方向導体部を流れる渦電流が減少したため、軸方向導体部の半径方向の厚みと磁石の半径方向の厚みとが１．７：１の比率になる実施例４よりもトルクが小さくなったと考えられる。
【０１０３】
次に、図２、図８、図９および図２０〜図２５を参照して、上記第１実施形態によるカップリング装置１のヨーク側部材４０の導体部４２の合金組成を異ならせた場合の、相対回転数−トルク測定、トルク−ジュール損測定、および、相対回転数−ジュール損測定の各確認実験について説明する。
【０１０４】
以下に説明する相対回転数−トルク測定、トルク−ジュール損測定、および、相対回転数−ジュール損測定では、実施例１０および１１として上記第１実施形態のカップリング装置１を用いた。具体的には、実施例１０では、導体部４２として非磁性体のＡｌを含む合金からなる材料を用いた。また、実施例１１では、導体部４２として非磁性体のＣｕを含む合金からなる材料を用いた。それ以外は、図２に示す実施例１のカップリング装置１と同様の構成を有するカップリング装置１を用いた。つまり、実施例１０は実施例１と同様の構成とした。
【０１０５】
一方、実施例１０に対する比較例３として、図８に示すカップリング装置１０１のうち、導体部１４２として非磁性体のＡｌを含む合金からなる材料を用いた。また、実施例１１に対する比較例４として、図８に示すカップリング装置１０１のうち、導体部１４２として非磁性体のＣｕを含む合金からなる材料を用いた。それ以外は、図８に示す比較例１のカップリング装置１０１と同様の構成を有するカップリング装置１０１を用いた。つまり、比較例４は比較例１と同様の構成とした。
【０１０６】
（相対回転数−トルク測定）
この相対回転数−トルク測定では、実施例１０、１１と比較例３、４とにおける、磁石側回転体３０の回転数とヨーク側部材４０（１４０）の回転数との回転数差（相対回転数）に対するヨーク側部材４０（１４０）におけるトルクの大きさを、図９に示した測定系を用いて測定した。この際、相対回転数が９０ｒｐｍ（ｍｉｎ−１）、１８０ｒｐｍ、４５０ｒｐｍおよび９００ｒｐｍの場合におけるそれぞれのトルクを測定した。
【０１０７】
図２０および図２１に示した相対回転数−トルク測定の測定結果としては、導体部４２（１４２）にＡｌを含む合金からなる材料を用いた場合では、相対回転数（回転数差）が９０ｒｐｍの場合、実施例１０（カップリング装置１）では、トルクは１７．９Ｎ×ｍになり、比較例３（カップリング装置１０１）では、トルクは４．３Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が１８０ｒｐｍの場合、実施例１０では、トルクは３１．４Ｎ×ｍになり、比較例３では、トルクは８．０Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が４５０ｒｐｍの場合、実施例１０では、トルクは４９．６Ｎ×ｍになり、比較例３では、トルクは１８．７Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が９００ｒｐｍの場合、実施例１０では、トルクは４９．２Ｎ×ｍになり、比較例３では、トルクは３３．８Ｎ×ｍになった。
【０１０８】
また、導体部４２（１４２）にＣｕを含む合金からなる材料を用いた場合では、相対回転数（回転数差）が９０ｒｐｍの場合、実施例１１（カップリング装置）では、トルクは２６．０Ｎ×ｍになり、比較例４（カップリング装置１０１）では、トルクは６．５Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が１８０ｒｐｍの場合、実施例１１では、トルクは４１．５Ｎ×ｍになり、比較例４では、トルクは１２．１Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が４５０ｒｐｍの場合、実施例１１では、トルクは５１．１Ｎ×ｍになり、比較例４では、トルクは２７．８Ｎ×ｍになった。また、相対回転数が９００ｒｐｍの場合、実施例１１では、トルクは４４．４Ｎ×ｍになり、比較例４では、トルクは４６．０Ｎ×ｍになった。
【０１０９】
これにより、相対回転数が４５０ｒｐｍ以下の場合において、実施例１０および１１（カップリング装置１）は、それぞれ、比較例３および４（カップリング装置１０１）よりも、相対回転数に対するヨーク側部材４０におけるトルクが大きくなることが判明した。これにより、実施例１０および１１に適用された第１実施形態のカップリング装置１の構成は、比較例３および４に適用された従来のカップリング装置１０１の構成よりも、４５０ｒｐｍ以下の低い相対回転数において大きなトルクを得るためにより有効な構成であると考えられる。
【０１１０】
また、導体部４２（１４２）にＡｌを含む合金からなる材料を用いる場合において、実施例１０は比較例３に比べて、より大きなトルクを得ることができることが判明した。この結果、導体部としてＡｌを含む合金からなる材料を用いる場合、上記第１実施形態のカップリング装置１の構造を採用すれば、より大きなトルクを得ることが可能であると考えられる。
【０１１１】
（トルク−ジュール損測定）
次に、トルク−ジュール損測定について説明する。このトルク−ジュール損測定では、実施例１０、１１と比較例３、４とにおける、ヨーク側部材４０（１４０）のトルクに対して発生するジュール熱（ジュール損）を、図９に示した測定系を用いて測定した。
【０１１２】
図２２および図２３に示したトルク−ジュール損測定の測定結果としては、導体部４２（１４２）にＡｌを含む合金からなる材料を用いた場合では、実施例１０（カップリング装置１）において、トルクが１７．９Ｎ×ｍの場合、ジュール損が１６８．９Ｗになり、トルクが３１．４Ｎ×ｍの場合、ジュール損が５９１．５Ｗになり、トルクが４９．６Ｎ×ｍの場合、ジュール損が２３２７．１Ｗになった。一方、比較例３（カップリング装置１０１）において、トルクが４．３Ｎ×ｍの場合、ジュール損が３７．０Ｗになり、トルクが８．０Ｎ×ｍの場合、ジュール損が１４５．７Ｗになった。また、トルクが１８．７Ｎ×ｍの場合、ジュール損が８７３．５Ｗになり、トルクが３３．８Ｎ×ｍの場合、ジュール損が３１６７．３Ｗになった。
【０１１３】
また、導体部４２（１４２）にＣｕを含む合金からなる材料を用いた場合では、実施例１１（カップリング装置１）において、トルクが２６．０Ｎ×ｍの場合、ジュール損が２４４．９Ｗになり、トルクが４１．５Ｎ×ｍの場合、ジュール損が７８３．６Ｗになり、トルクが５１．１Ｎ×ｍの場合、ジュール損が２３７２．０Ｗになった。一方、比較例４（カップリング装置１０１）において、トルクが６．５Ｎ×ｍの場合、ジュール損が５７．６Ｗになり、トルクが１２．１Ｎ×ｍの場合、ジュール損が２２５．７Ｗになった。また、トルクが２７．８Ｎ×ｍの場合、ジュール損が１３０６．５Ｗになり、トルクが４６．０Ｎ×ｍの場合、ジュール損が４３２９．４Ｗになった。
【０１１４】
これにより、実施例１０および１１（カップリング装置１）は、それぞれ、比較例３および４（カップリング装置１０１）よりもヨーク側部材４０（１４０）におけるトルクに対するジュール損が減少することが判明した。これにより、実施例１０および１１に適用された第１実施形態のカップリング装置１の構成は、比較例３および４に適用された従来のカップリング装置１０１の構成よりも、エネルギーの損失（ジュール損）を減少させるために有効な構成であると考えられる。
【０１１５】
（相対回転数−ジュール損測定）
次に、相対回転数−ジュール損測定について説明する。この相対回転数−ジュール損測定では、実施例１０、１１と比較例３、４とにおける、相対回転数（回転数差）に対する発生する装置全体のジュール熱（ジュール損）を、図９に示した測定系を用いて測定した。この際、相対回転数が９０ｒｐｍ、１８０ｒｐｍ、４５０ｒｐｍおよび９００ｒｐｍの場合におけるそれぞれのトルクを測定した。
【０１１６】
図２４および図２５に示した相対回転数−ジュール損測定の測定結果としては、導体部４２（１４２）にＡｌを含む合金からなる材料を用いた場合では、相対回転数（回転数差）が９０ｒｐｍの場合、実施例１０（カップリング装置１）のジュール損は１６８．９Ｗになり、比較例３（カップリング装置１０１）のジュール損は３７．０Ｗになった。また、相対回転数が１８０ｒｐｍの場合、実施例１０のジュール損は５９１．５Ｗになり、比較例３のジュール損は１４５．７Ｗになった。また、相対回転数が４５０ｒｐｍの場合、実施例１０のジュール損は２３７２．１Ｗになり、比較例３のジュール損は８７３．５Ｗになった。また、相対回転数が９００ｒｐｍの場合、実施例１０のジュール損は４６１６．５Ｗになり、比較例１のジュール損は３１６７．３Ｗになった。
【０１１７】
また、導体部４２（１４２）にＣｕを含む合金からなる材料を用いた場合では、相対回転数（回転数差）が９０ｒｐｍの場合、実施例１１（カップリング装置１）のジュール損は２４４．９Ｗになり、比較例４（カップリング装置１０１）のジュール損は５７．６Ｗになった。また、相対回転数が１８０ｒｐｍの場合、実施例１１のジュール損は７８３．６Ｗになり、比較例４のジュール損は２２５．７Ｗになった。また、相対回転数が４５０ｒｐｍの場合、実施例１１のジュール損は２３７２．０Ｗになり、比較例４のジュール損は１３０６．５Ｗになった。また、相対回転数が９００ｒｐｍの場合、実施例１１のジュール損は４１４４．５Ｗになり、比較例１のジュール損は４３２９．４Ｗになった。
【０１１８】
これにより、相対回転数が４５０ｒｐｍ以下の場合において、実施例１０および１１（カップリング装置１）は、それぞれ、比較例３および４（カップリング装置１０１）よりも、相対回転数（回転数差）に対するジュール損が増加することが判明した。これにより、実施例１０および１１に適用された第１実施形態のカップリング装置１の構成は、比較例３および４に適用された従来のカップリング装置１０１の構成よりも、４５０ｒｐｍ以下の低い相対回転数において制動力を得るためにより有効な構成であると考えられる。
【０１１９】
また、導体部４２（１４２）にＡｌを含む合金からなる材料を用いる場合において、実施例１０は比較例３に比べて、より制動力が発生させやすいことが判明した。この結果、導体部としてＡｌを含む合金からなる材料を用いる場合、上記第１実施形態のカップリング装置１の構造を採用すれば、制動力が発生させやすくすることが可能であると考えられる。
【０１２０】
（第２実施形態）
次に、図２６〜図２８を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態によるカップリング装置２０１では、上記第１実施形態に加えて、磁石側回転体３０とヨーク側部材４０との間に、磁石側回転体３０に対して相対的に位置を変更することが可能なスイッチ部材２６０を配置した場合について説明する。なお、スイッチ部材２６０は、本発明の「切替部」の一例である。
【０１２１】
本発明の第２実施形態によるカップリング装置２０１では、図２６に示すように、磁石側回転体３０とヨーク側部材４０との間に、磁石側回転体３０に対して相対的に位置を変更することが可能なスイッチ部材２６０が配置されている。このスイッチ部材２６０は、磁石側回転体３０およびヨーク側部材４０と略同一の回転軸線３００を回転中心として回転可能に構成されているとともに、回転軸線３００の延びる方向（Ｘ方向）に延びる円筒形状を有している。また、スイッチ部材２６０は、回転軸線３００周りに磁石側回転体３０と略同じ回転速度で回転可能なように構成されている。
【０１２２】
また、スイッチ部材２６０は、図２７に示すように、１２個の磁石３１の内径よりも小さな外径を有し、略等角度（約３０度）間隔で配置された１２個の伝達部２６０ａと、１２個の伝達部２６０ａの間に配置され、略等角度（約３０度）間隔で配置された１２個の減衰部２６０ｂとから構成されている。これにより、伝達部２６０ａと減衰部２６０ｂとは、磁石３１を同じ数（１２個）だけ形成されるとともに、円周方向に交互に並ぶように配置されている。なお、図２７に示す状態（磁石側回転体３０から発せられる磁束が伝達される状態）では、任意の磁石３１と回転軸線３００（図２６参照）とを結ぶ半径方向の直線上に伝達部２６０ａの中心が位置するとともに、任意の磁石３１同士の境界を半径方向に延びる直線上に減衰部２６０ｂの中心が位置するように構成されている。なお、図２７および後述する図２８においては、回転軸線３００側の磁極のみを図示しているとともに、Ｘ２側の短絡部４２ｂの図示を省略している。
【０１２３】
また、スイッチ部材２６０の伝達部２６０ａは、ＳＳ４００などの一般的な炭素鋼などの強磁性体からなるとともに、減衰部２６０ｂは、主に非磁性体であるＡｌを含む合金からなる。これにより、１２個の磁石３１から発せられる磁束のうち、伝達部２６０ａを通過する磁束は略減衰しないことによりヨーク側部材４０のヨーク４１に伝達される一方、減衰部２６０ｂを通過する磁束は減衰することによりヨーク側部材４０のヨーク４１に伝達されにくくなるように構成されている。なお、図２７に示す状態においては、１２個の磁石３１から発せられる磁束は、伝達部２６０ａを通過することが可能であるので、ヨーク側部材４０のヨーク４１に磁束が伝達される（ＯＮ状態）ように構成されている。すなわち、図２７の状態では、スイッチ部材２６０と磁石側回転体３０とを略同じ回転速度で回転させることによって、ヨーク側部材４０に力を伝達させることができるとともに、ヨーク側部材４０において制動力を発生させることができるように構成されている。
【０１２４】
ここで、第２実施形態では、図示しない切替手段によって、磁石側回転体３０またはスイッチ部材２６０のいずれか一方を回転軸線３００周りに約１５度回転させることによって、スイッチ部材２６０と磁石側回転体３０との相対的な位置を切り替えることが可能なように構成されている。これにより、図２７の状態から磁石側回転体３０またはスイッチ部材２６０のいずれか一方を回転軸線３００周りに約１５度回転させることによって、図２８に示すように、任意の磁石３１と回転軸線３００とを結ぶ半径方向の直線上に減衰部２６０ｂの中心が位置するとともに、任意の磁石３１同士の境界を半径方向に延びる直線上に伝達部２６０ａの中心が位置するように構成されている。この結果、１２個の磁石３１から発せられる磁束は、減衰部２６０ｂを通過するので、ヨーク側部材４０のヨーク４１に磁束が伝達されにくくなる（ＯＦＦ状態）ように構成されている。すなわち、図２８の状態（磁石側回転体３０から発せられる磁束が伝達されにくい状態）では、磁石側回転体３０を回転させたとしても、磁石側回転体３０と略同じ回転速度で回転するスイッチ部材２６０によって、ヨーク側部材４０に力を伝達させにくくなるとともに、ヨーク側部材４０において制動力を発生させにくくなるように構成されている。この結果、スイッチ部材２６０と磁石側回転体３０との相対的な位置を切り替えることによって、力の伝達および制動力を調整することが可能なように構成されている。なお、第２実施形態のその他の構成およびヨーク側部材４０の製造方法は、第１実施形態と同様である。
【０１２５】
第２実施形態では、上記のように、磁石側回転体３０とヨーク側部材４０との間に、磁石側回転体３０に対して相対的に位置を変更することが可能なスイッチ部材２６０を設けることによって、スイッチ部材２６０を用いて磁束のヨーク側部材４０への伝達量を切り替えることによりヨーク側部材４０に発生する渦電流の増加量を切り替えることができるので、トルクおよびジュール熱をより正確に制御することができる。
【０１２６】
また、第２実施形態では、上記のように、スイッチ部材２６０が、磁束を略減衰しない状態でヨーク側部材４０のヨーク４１に伝達することが可能な強磁性体の伝達部２６０ａと、磁束を減衰させる非磁性体の減衰部２６０ｂとからなるように構成することによって、減衰部２６０ｂを通過する磁束（磁束密度）を伝達部２６０ａを通過する磁束（磁束密度）よりも減少させることができるので、減衰部２６０ｂと磁石側回転体３０との相対的な位置を変化させることによって、磁束のヨーク側部材４０への到達量を容易に切り替えることができる。
【０１２７】
また、第２実施形態では、上記のように、スイッチ部材２６０が、回転軸線３００の延びる方向（Ｘ方向）に延びる円筒形状を有するとともに、伝達部２６０ａと減衰部２６０ｂとを、円周方向に交互に並ぶように配置すれば、交互に略等角度（約３０度）間隔で磁石側回転体３０の円筒状の内周面３０ｂに円周方向に沿って並ぶように配置された磁石側回転体３０の磁石３１ａおよび３１ｂに対応するように、伝達部２６０ａと減衰部２６０ｂとを円周方向に交互に配置することができるので、磁束のヨーク側部材４０への到達量をより容易に切り替えることができる。
【０１２８】
また、第２実施形態では、上記のように、伝達部２６０ａと減衰部２６０ｂとを磁石３１を同じ数（１２個）だけ形成すれば、磁石側回転体３０の磁石３１と同じ数（１２個）だけ形成された伝達部２６０ａと減衰部２６０ｂとを円周方向に交互に配置することにより、磁石側回転体３０の磁石３１とスイッチ部材２６０の伝達部２６０ａおよび減衰部２６０ｂとを一対一で対応させることができる。これにより、磁束が伝達される状態においては、磁石側回転体３０の磁石３１とスイッチ部材２６０の伝達部２６０ａとが一対一で対応する一方、磁束が伝達されにくい状態においては、磁石側回転体３０の磁石３１とスイッチ部材２６０の減衰部２６０ｂとが一対一で対応するように構成することができるので、磁束のヨーク側部材４０への到達量を正確に切り替えることができる。
【０１２９】
また、第２実施形態では、上記のように、磁石側回転体３０から発せられる磁束が伝達される状態では、任意の磁石３１と回転軸線３００とを結ぶ半径方向の直線上に伝達部２６０ａの中心が位置するとともに、任意の磁石３１同士の境界を半径方向に延びる直線上に減衰部２６０ｂの中心が位置するように構成し、磁石側回転体３０から発せられる磁束が伝達されにくい状態では、任意の磁石３１と回転軸線３００とを結ぶ半径方向の直線上に減衰部２６０ｂの中心が位置するとともに、任意の磁石３１同士の境界を半径方向に延びる直線上に伝達部２６０ａの中心が位置するように構成すれば、磁束が伝達される状態においては、磁石側回転体３０の磁石３１に対向する位置に伝達部２６０ａを配置することによって、磁石側回転体３０からの磁束は伝達部２６０ａを通過することができるので、磁石側回転体３０からの磁束がヨーク側部材４０に伝達されるように構成することができる。一方、磁束が伝達されにくい状態においては、磁石側回転体３０の磁石３１に対向する位置に減衰部２６０ｂを配置することによって、磁石側回転体３０からの磁束は減衰部２６０ｂによってスイッチ部材２６０を通過するのが抑制されるので、磁石側回転体３０からの磁束がヨーク側部材４０に伝達されにくくすることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。
【０１３０】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１３１】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、磁石側部１０およびヨーク側部２０が回転軸線３００の延びる軸線方向（Ｘ方向）に移動しない例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図２９に示す第１実施形態の変形例のように、カップリング装置１の磁石側部１０およびヨーク側部２０を回転軸線３００の延びる軸線方向（Ｘ方向）に移動可能なように構成してもよい。これにより、磁石側部１０およびヨーク側部２０を回転軸線３００の延びる軸線方向（Ｘ方向）に移動させることによって、磁石側回転体３０の磁石３１とヨーク側部材４０のヨーク４１および導体部４２とが対向する面積を容易に変化させることができるので、導体部４２の渦電流の増減を変化させることが可能である。これにより、渦電流の大きさを制御することによって、トルクおよびジュール熱をより正確に制御することが可能になる。
【０１３２】
また、上記第１および第２実施形態では、１２個の磁石３１が設けられた磁石側回転体３０の内側にヨーク側部材４０を配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の磁石をモータ側回転体の外側に設けるとともに、ヨーク側部材をモータ側回転体の外側を覆うように配置してもよい。
【０１３３】
また、上記第１および第２実施形態では、軸方向導体部４２ａの外周の長さをヨーク４１の凸部４１ｄの外周の長さの約１．２倍になるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、軸方向導体部の外周の長さは、ヨークの凸部の外周の長さの約１．２倍でなくてもよい。なお、軸方向導体部の外周の長さは、ヨークの凸部の外周の長さ以上で、かつ、ヨークの凸部の外周の長さの２倍以下であるのが好ましい。
【０１３４】
また、上記第１および第２実施形態では、軸方向導体部４２ａの半径方向の厚みＷ２を磁石３１の半径方向の厚みＷ１の約１．８倍にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、軸方向導体部の半径方向の厚みは、磁石の半径方向の厚みの約１．８倍でなくてもよい。なお、軸方向導体部の半径方向の厚みは、磁石の半径方向の厚み以上であるのが好ましい。
【０１３５】
また、上記第１および第２実施形態では、円環状の一対の短絡部４２ｂを、それぞれ、４４個の軸方向導体部４２ａのＸ１側の端部とＸ２側の端部とに配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、４４個の軸方向導体部を電気的に接続することが可能であれば、短絡部を軸方向導体部の端部に配置せずに端部以外の場所に配置してもよい。
【０１３６】
また、上記第１および第２実施形態では、導体部４２に４４個の軸方向導体部４２ａを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、軸方向導体部は、４３個以下でもよいし、４５個以上でもよい。なお、軸方向導体部は４０個以上５０個以下が好ましい。
【０１３７】
また、上記第１および第２実施形態では、ヨーク４１を珪素鋼板が積層されることによって形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ヨークは、ＳＳ４００などの一般的な炭素鋼などの強磁性体からなるように形成してもよい。
【０１３８】
また、上記第１および第２実施形態では、４４個の軸方向導体部４２ａを、Ｘ方向に延びる回転軸線３００に対して角度θ３で傾斜するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、軸方向導体部を回転軸線に沿って平行に延びるように構成してもよい。
【０１３９】
また、上記第１および第２実施形態では、ヨーク４１の外周面４１ｂを所定の量切削することによって、４４個の軸方向導体部４２ａが外周面４１ｂの側に露出させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ヨークの外周面を切削せずに、ヨークの外周面から所定の距離離れた穴部に軸方向導体部を形成することによって、軸方向導体部を外周面側に露出させないように構成してもよい。
【０１４０】
また、上記第１および第２実施形態では、ヨーク側部２０を冷却する部材を何も設けていないが、本発明では、ヨーク側部材を冷却するためにファンを設けてもよい。このファンは、ヨーク側部材に一体的に設けられてもよいし、ヨーク側部材とは別の部材としてカップリング装置に設けられてもよい。これにより、ヨーク側部材に生じた熱を外部に放出しやすくすることが可能である。
【０１４１】
また、上記第１および第２実施形態では、ヨーク４１の外周面４１ｂに４４箇所の溝部４１ｃを略等角度（約８．２度）で形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溝部を等角度間隔で形成しなくてもよい。
【０１４２】
また、上記第２実施形態では、スイッチ部材２６０が、ＳＳ４００などの一般的な炭素鋼などの強磁性体からなり、磁束を伝達可能な伝達部２６０ａと、主に非磁性体であるＡｌを含む合金からなり、磁束を減衰させる減衰部２６０ｂとからなる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁束を減衰させる減衰部を何も形成されていない穴部からなるように構成してもよい。また、減衰部の厚みを伝達部の厚みよりも小さくすることによって、減衰部において磁束を減衰させるように構成してもよい。
【０１４３】
また、上記第１および第２実施形態では、モータに接続された磁石側回転体３０（磁石回転体）に１２個の磁石３１を設けるとともに、負荷部に接続されたヨーク側部材４０（ヨーク側部材）にヨーク４１と導体部４２とを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、磁石が設けられた磁石回転体を負荷部に接続するとともに、ヨークと導体部とが設けられたヨーク側部材をモータに接続してもよい。
【０１４４】
また、上記第１および第２実施形態では、１２個の磁石３１を、凹状の内周面３０ｂの円周方向に沿って異なる磁極が交互に並ぶように磁石側回転体３０に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、単体の磁石を、異なる磁極が交互に並ぶようにモータ側回転体に配置してもよい。また、磁石は、１１個以下でもよいし、１３個以上であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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